Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số ô tô

Hộp số ô tô là gì?

Hộp số là bộ phận truyền sức mạnh từ động cơ đến hệ dẫn động. Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.

Theo lý thuyết, động cơ đốt trong chỉ sinh công và mô men xoắn tối đa ở dải tua máy hẹp. Hộp số cho phép tỉ số truyền của động cơ và cầu dẫn động thay đổi khi xe tăng và giảm tốc độ, thay đổi số để động cơ luôn làm việc ở dưới điểm giới hạn và hoạt động gần với vòng tua lý tưởng nhất.

Ở chế độ lý tưởng, hộp số sẽ duy trì được tỷ số truyền để động cơ luôn luôn hoạt động ở vòng tua máy tối ưu nhất.

Vai trò của hộp số trong quá trình vận hành xe ô tô:

• Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động của xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.
• Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến và lùi).
• Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tùy ý mà không cần tắt máy và mở ly hợp.
• Dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng.
• Hộp số phải có đủ tỉ số truyền một cách hợp lý để nâng cao tính kinh tế và tính động lực học của ô tô.
• Hộp số phải có hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không gây tiếng ồn, thay đổi số nhẹ nhàng không sinh lực va đập ở các bánh răng.

Cấu tạo của hộp số ô tô:

Trên thực tế, lực truyền động của hộp số sử dụng bánh răng không thay đổi liên tục từ số 1 đến số 6.Do đó, lực truyền động của động cơ sẽ có hiệu quả khi thu hẹp khu vực gạch chéo trong đồ thị để gần với đường cong này.

Vì vậy, các nhà chế tạo sử dụng các cặp bánh răng để thay đổi tỷ số truyền lực từ 1 đến 6. Trong đó,số truyền 5 được sử dụng nhiều nhất.

• Số 1: Khi xe khởi hành, cần có công suất lớn, nên cần phải sử dụng số truyền 1 có lực truyền động lớn nhất.
• Số 2: Sau khi khởi hành, người ta dùng số 2 và số 3 để tăng tốc độ của xe. Người ta dùng các số truyền này vì chúng có giới hạn tốc độ cao hơn số 1 và cần không nhiều lực truyền động.
• Số 3, 4, 5, 6: Khi xe chạy ở tốc độ cao, người điều khiển dùng các số 4, số 5 và số 6 để tiếp tục tăng tốc độ của xe. Việc sử dụng các số truyền với lực truyền động nhỏ và hạ thấp tốc độ của động cơ sẽ giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
• Số lùi: Khi gài số lùi, bánh răng trung gian số lùi được nối khớp và xe sẽ chạy lùi.

Nguyên lý làm việc của bánh răng:

Cơ cấu truyền lực thường có hai bánh răng, một chủ động và một bị động. Tốc độ quay tùy thuộc vào số răng hay đường kính của mỗi bánh răng đó.

Hộp số sàn thường sử dụng hai loại: bánh răng trụ răng thẳng và trụ răng nghiêng.

Bánh răng trụ răng thẳng có đường sinh song song với đường tâm của trục bánh răng. Thường gây tiếng ồn và không bền nên ít được sử dụng cho các bánh răng chủ động chính, được sử dụng cho các bánh răng trượt.

Bánh răng trụ răng nghiêng có đường sinh nghiêng một góc so với đường tâm trục bánh răng. Hộp số hiện đại thường sử dụng các bánh răng răng nghiêng cho các bánh răng chủ động chính.

Cách tính tỷ số truyền:

Tỷ số giữa số răng bánh răng bị động với số răng bánh răng chủ động, hoặc số vòng quay trục chủ động với số vòng quay trục bị động gọi là tỷ số truyền.

Tỷ số truyền = số răng của bánh răng bị động (nằm trên trục thứ cấp)/số răng của bánh răng chủ động (nằm trên trục trung gian).

Ví dụ: bánh răng bị động có 38 răng và bánh răng chủ động có 12 răng, thì tỷ số truyền giảm tốc của số 1 là 38/12 = 3,166.

Vị trí tay số số 1 còn gọi là số số thấp, đó là một tỷ số truyền lớn. Đã làm giảm vận tốc ở trục ra nhưng lại làm gia tăng lực vòng và xe có thể tăng tốc một cách dễ dàng dù khi tốc độ động cơ chậm và trong tình trạng công suất thấp.

Khi trục sơ cấp truyền chuyển động quay và mômen quay cho trục thứ cấp, tốc độ quay sẽ giảm xuống và mômen quay sẽ tăng lên theo tỷ số truyền giảm tốc của các bánh răng này. Khi đó Mômen đầu thứ cấp = Mômen đầu sơ cấp x Tỷ số truyền và Số vòng quay đầu sơ cấp = Số vòng quay đầu thứ cấp x Tỷ số truyền.

Tỷ số truyền càng lớn thì mômen quay càng tăng, còn số vòng quay càng giảm. Như vậy xe có thể chạy ở tốc độ càng cao khi tỷ số truyền càng nhỏ, mặc dù lực truyền động giảm xuống. Ở số cao tỷ số truyền thường là 1:1, trục ra hộp số quay cùng một vận tốc với trục khuỷu động cơ, không có sự gia tăng lực vòng nên xe chạy nhanh hơn.

Nguyên lý làm việc của hộp số ô tô:

Đối với hộp số 2 cấp:

Sơ đồ dưới đây miêu tả cấu tạo của loại hộp số rất đơn giản hai cấp

Trục sơ cấp gồm và bánh răng màu xanh liên kết cứng với nhau và nhận công suất, mô men từ động cơ thông qua li hợp. Bánh răng trên trục sơ cấp này còn được gọi là bánh răng dẫn động.

Trục và bánh răng màu đỏ (bánh răng chủ động) được gọi là trục trung gian, và cũng được liên kết cứng với nhau thành một khối quay cùng tốc độ. Sự ăn khớp cặp bánh răng này nên khi trục màu xanh quay cũng trục đỏ sẽ quay theo. Khi đó, trục trung gian này nhận công suất và mô men xoắn trực tiếp từ động cơ khi ly hợp đóng.

Trục màu vàng nối trực tiếp tới các bánh dẫn động thông qua bộ vi sai. Các bánh răng màu xanh (bánh răng bị động) có thể quay trên trục màu vàng nhờ ổ bi. Nếu động cơ đã tắt nhưng xe vẫn chạy, trục màu vàng có thể quay bên trong các bánh răng màu xanh, trong khi các bánh răng này và trục trung gian hoàn toàn đứng yên.

Bánh răng (màu tím) có thể ăn khớp một trong hai bánh răng màu xanh để truyền lực màu vàng do bánh răng này được liên kết cứng (dạng then hoa) với trục màu vàng và quay cùng với nó. Tuy nhiên, bánh răng có thể trượt dọc về bên trái và phải của trục màu vàng để kết nối với một trong hai bánh răng màu xanh. Bánh răng này được gia công răng để ăn khớp với các bánh răng màu xanh.

Trục màu xanh từ động cơ truyền động đến bánh răng màu xanh bên phải thông qua trục trung gian màu đỏ. Bánh răng này sẽ truyền chuyển động đến trục dẫn động màu vàng thông qua bánh răng màu tím. Đồng thời lúc đó, bánh răng màu xanh còn lại cũng đang quay, nhưng nó chỉ quay trơn trên trục màu vàng nhờ ổ bị mà không hề gây ảnh hưởng tới trục dẫn động.